基于左右手復合傳輸線和MEMS的新型微波器件研究.pdf

1、在分析左右手復合傳輸線結構特性和微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技術基礎上，設計分析了耦合蛇形線結構和橫向熱驅動MEMS開關。運用這兩種設計，本論文主要進行了新型帶通濾波器研究，帶阻濾波器研究，微帶平衡器研究，基于二極管開關的可調濾波器研究，MEMS開關研究，基于MEMS開關的可調濾波器研究。另外，也應用微加工工藝對具有2維左右手復合傳輸線結構特性的微型定向天線進行設計加工。在對各

2、器件微型化的基礎上，實現(xiàn)了各器件預期的功能。
　　 (1)分析耦合蛇形線結構與插指電容結構的參數(shù)特性，基于耦合蛇形線結構設計了帶通濾波器，微帶平衡器和帶阻濾波器以及電可調濾波器。以耦合蛇形線結構為基礎并通過微加工工藝進行加工的帶通濾波器在特定頻帶具有左手特性，而且該濾波器具有較寬的通頻帶。其主體耦合蛇形線結構的長度僅為中心工作波長的1/50。為避免接地結構帶來的工藝復雜性以及可能引起的干擾，研究了一種多周期無接地耦合蛇形線微帶平

3、衡器。這種平衡器利用對稱結構中心軸線處的虛擬地，可以在不需物理接地的情況下實現(xiàn)理想接地的效果，這也克服了使用大的電容實現(xiàn)接地時效果不理想的缺陷。通過電磁場仿真可以明顯看到在耦合蛇形線中的電磁場反向傳播，而且在模型的對稱中心位置有明顯的電壁存在。本論文也根據(jù)耦合蛇形線結構，設計了一種對偶性結構。為考察這種結構的特性，設計了一種傳輸線帶阻濾波器，并使用微加工工藝加工制備了樣品。測試結果表明，該對偶結構與普通左右手復合傳輸結構不同，在低頻端為

4、右手性，而在高頻端呈現(xiàn)左手性。作為帶阻濾波器，該濾波器在左手性區(qū)域具有較寬的通頻帶，這提高了該濾波器的工作頻帶寬度。結合耦合蛇形線左右手復合傳輸線結構及其對偶結構的特點，本論文設計了一種新型結構。通過切換這種結構中心線與兩端口的通斷，可以實現(xiàn)一種可調濾波器。此濾波器使用二極管做為開關，通過偏置電路切換二極管的通斷狀態(tài)，繼而切換濾波器的工作狀態(tài)。使用微加工工藝加工樣品后，對樣品進行了測試。測試結果表明，該器件可以在帶通和帶阻兩種狀態(tài)間切換

5、。
　　 (2)設計了一種新型橫向熱驅動MEMS開關，并將其用于可調濾波器中。MEMS開關結構主體包括一條“U”型熱驅動臂和一條懸臂梁。“U”型熱驅動臂的熱變形通過懸臂梁放大，繼而驅動懸臂梁端部的接觸頭。針對開關結構特點設計了加工工藝流程，對懸臂梁結構的犧牲層工藝進行了實驗，最終確定使用氨水加雙氧水的堿性刻蝕液刻蝕犧牲層銅，這種方式可以在刻蝕銅的時候，不對作為開關主體的鎳結構造成破壞。另外以SU8膠作為隔離塊，設計了驅動電路與射

6、頻微波電路隔離的射頻MEMS開關。然后通過MEMS技術制備了開關樣品。直流測試結果表明，該開關的消耗功率為170 mW，相對于同類開關，功率消耗較低。同時測得了開關的開啟時間為12 ms，基本達到了開關的設計標準。使用所設計的射頻MEMS開關，設計了一種可調濾波器。測試結果表明，使用MEMS開關可以減少射頻損耗。
　　 (3)使用微加工工藝加工了一種基于二維左右手復合傳輸線結構的定向天線。這種天線以左右手復合傳輸線理論為基礎，將